Экологиялық инженерия және оның қолданылуы

Кіріспе

Қоршаған ортаны қорғау инженериясы

Экологиялық инженерия экология мен инженерияны "адам қоғамын және оның табиғи ортасын" өзара үйлестіретін, екі жаққа да пайда келтіретін экожүйелерді болжау, жобалау, құру немесе қалпына келтіру және басқару үшін пайдаланады.

Шығуы, негізгі ұғымдар, анықтамалар және қолдану

Экологиялық инженерия 1960 жылдардың басында жаңа идея ретінде пайда болды, бірақ оның анықтамасын нақтылауға ондаған жылдар кетті. Оның іске асырылуы әлі де бейімделу үдерісінде, ал жаңа парадигма ретінде кеңінен мойындалуы салыстырмалы түрде жақында болды. Говард Одум және басқалар экологиялық инженерияны қоршаған орта жүйелерін манипуляциялау және басқару үшін табиғи энергия көздерін басымдықпен пайдалану ретінде енгізді. Экологиялық инженерияның бастауы Одумның ресурстарды тиімді пайдалануға әсер ететін энергия және материал ағындарының макро деңгейдегі жүйелі үлгілерін анықтау үшін жасаған экологиялық модельдеу және экожүйелік симуляциялау жұмысында жатыр. Митч пен Йоргенсен қоғам мен табиғатқа пайда келтіретіндей әлеуметтік қызметтерді жобалау ретінде экологиялық инженерияны тұңғыш рет анықтады, кейіннен жобалау жүйелік негізде, тұрақты болуы және қоғамды табиғи ортамен интеграциялауы керек екенін атап өтті. Берген және авторлар тобы экологиялық инженерияны: 1) экологиялық ғылым мен теорияны пайдалану; 2) барлық типтегі экожүйелерге қолдану; 3) инженерлік жобалау әдістерін бейімдеу; 4) басшылыққа алатын құндылық жүйесін мойындау деп анықтады. Барретт (1999) терминнің тікелей анықтамасын ұсынады: "Адамзат пен, көбінесе, табиғаттың пайдасы үшін ландшафт/су құрылыстарын және олармен байланысты өсімдіктер мен жануарлар қауымдастықтарын (яғни экожүйелерді) жобалау, салу, пайдалану және басқару (яғни инженерлік)". Барретт былай деп жалғастырады: "Осыған балама немесе ұқсас мағына беретін терминдерге экожүйе технологиясы және эрозияны бақылау саласында жиі қолданылатын екі термин жатады: топырақты биоинженерия және биотехникалық инженерия. Дегенмен, жасушалық деңгейдегі генетикалық инженерияны сипаттағанда "экологиялық инженерияны" "биотехнологиямен" немесе жасанды дене мүшелерін жасауды білдіретін "биоинженериямен" шатастыруға болмайды". Экологиялық инженериядағы қолданыстарды 3 кеңістіктік деңгейге жіктеуге болады: 1) мезокосмдар (~0,1 - жүздеген метр); 2) экожүйелер (~бір - ондаған километр); және 3) аймақтық жүйелер (>ондаған километр). Жобаның күрделілігі кеңістіктік деңгейге байланысты артады. Қолданыстардың ауқымы мен тереңдігі артып келеді, бұл саланың анықтамасына да әсер етуі мүмкін, өйткені қоғам мен табиғат арасындағы интерфейс ретінде экожүйелерді жобалау және пайдаланудың жаңа мүмкіндіктері зерттеледі. Экологиялық инженерияны іске асыру экожүйелерді құруға немесе қалпына келтіруге бағытталған, бұзылған ылғалды жерлерден бастап микробиологиялық, балық және өсімдік қызметтерін біріктіретін көпжасушалы ванналар мен жылыжайларға дейін, адамның ағынды суларын тыңайтқыштар, гүлдер және ауыз су сияқты өнімдерге өңдеу үшін қолданылады. Қалаларда экологиялық инженерияның қолданылуы ландшафттық архитектура, қала құрылысы және қалалық бау-бақша шаруашылығы, сондай-ақ дәстүрлі экологиялық білім арқылы қоғамдық орманды еңгізу сияқты басқа салалармен ынтымақтастықтан пайда болды. Пермакультура - экологиялық инженериядан бөлек дамыған кең ауқымды қолданыстардың мысалы, онда Дэвид Холмгрен пермакультураны дамытуда Говард Одумның ықпалын мойындайды.

Ecological engineering emerged as a new idea in the early 1960s, but its definition has taken several decades to refine. Its implementation is still undergoing adjustment, and its broader recognition as a new paradigm is relatively recent. Ecological engineering was introduced by Howard Odum and others as utilizing natural energy sources as the predominant input to manipulate and control environmental systems. The origins of ecological engineering are in Odum's work with ecological modeling and ecosystem simulation to capture holistic macro patterns of energy and material flows affecting the efficient use of resources. Mitsch and Jorgensen were the first to define ecological engineering as designing societal services such that they benefit society and nature, and later noted the design should be systems based, sustainable, and integrate society with its natural environment. Bergen et al. defined ecological engineering as: 1) utilizing ecological science and theory; 2) applying to all types of ecosystems; 3) adapting engineering design methods; and 4) acknowledging a guiding value system. Barrett (1999) offers a more literal definition of the term: "the design, construction, operation and management (that is, engineering) of landscape/aquatic structures and associated plant and animal communities (that is, ecosystems) to benefit humanity and, often, nature." Barrett continues: "other terms with equivalent or similar meanings include ecotechnology and two terms most often used in the erosion control field: soil bioengineering and biotechnical engineering. However, ecological engineering should not be confused with 'biotechnology' when describing genetic engineering at the cellular level, or 'bioengineering' meaning construction of artificial body parts." The applications in ecological engineering can be classified into 3 spatial scales: 1) mesocosms (~0.1 to hundreds of meters); 2) ecosystems (~one to tens of km); and 3) regional systems (>tens of km). The complexity of the design likely increases with the spatial scale. Applications are increasing in breadth and depth, and likely impacting the field's definition, as more opportunities to design and use ecosystems as interfaces between society and nature are explored. Implementation of ecological engineering has focused on the creation or restoration of ecosystems, from degraded wetlands to multi celled tubs and greenhouses that integrate microbial, fish, and plant services to process human wastewater into products such as fertilizers, flowers, and drinking water. Applications of ecological engineering in cities have emerged from collaboration with other fields such as landscape architecture, urban planning, and urban horticulture, and community reforestation through traditional ecological knowledge. Permaculture is an example of broader applications that have emerged as distinct disciplines from ecological engineering, where David Holmgren cites the influence of Howard Odum in development of permaculture.

Құрылыс нұсқаулары, функционалдық кластар және жобалау принциптері

Экологиялық инженерлік жобалау жүйелік экологияны инженерлік жобалау процесімен үйлестіреді. Инженерлік жобалау әдетте мәселені формулирлеуді (мақсатты қою), мәселені талдауды (шектеулерді анықтау), баламалы шешімдерді іздеуді, баламалар арасынан таңдау жасауды және толыққанды шешімді нақтылауды қамтиды. Маттлок және авторлар уақыт бойынша жобалау аясын ұсынады, онда жобалау шешімдері экологиялық уақыт бойынша қарастырылады. Бұл тұтастай модельді жасау және модельдеу қызығушылық тудыратын жүйені анықтайды, жүйенің шекарасын белгілейді және энергия мен материалдың жүйеге қалай кіретінін, ішінде және сыртына қалай қозғалатынын көрсетеді, соның арқылы экожүйе процестері арқылы жаңаруға жарамды ресурстарды пайдалану және тұрақтылықты арттыру қалай жүзеге асырылатынын анықтауға мүмкіндік береді. Ол сипаттайтын жүйе – белгілі бір өзара әрекеттесу немесе байланыс арқылы біріктірілген компоненттердің (яғни бөліктердің) жиынтығы (яғни тобы), ол белгілі бір ынталандыруға немесе қажеттілікке бірлесіп жауап береді және нақты бір мақсатты немесе функцияны орындайды. Жүйелік экологияны түсіну арқасында экологиялық инженер экожүйе компоненттері мен процестерін жобалауда тиімдірек жұмыс істей алады, жаңаруға жарамды энергия мен ресурстарды пайдаланады және тұрақтылықты арттырады. Митч пен Йоргенсеннің еңбектері бойынша, әлемдегі алғашқы B.S. деңгейіндегі Экологиялық инженерия бағдарламасы 2009 жылы Орегон мемлекеттік университетінде ресми түрде құрылды. Бұл курстар физикалық, биологиялық және химиялық пәндер бойынша алғышарттармен және интеграцияланған жобалау тәжірибесімен толықтырылады. Маттлок және авторлар бойынша, сүт фермасының қоректік құнын бағалауды қолдану арқылы.

Ұйымдар

Америка экологиялық инженерлік қоғамының бас беті. Экологиялық инженерлік студенттер қоғамының веб-сайты, EESS, Орегон мемлекеттік университеті, 2011. Америка сулы алқаптар кәсіби инженерлерінің қоғамы, бас бет, вики. Экологиялық инженерлік тобының бас беті. Халықаралық экологиялық инженерлік қоғамының бас беті.

Ғылыми журналдар

1992 жылдан бері экологиялық инженерия, саланың жалпы сипаттамасы. 2005 жылдан бері ландшафттық және экологиялық инженерия. «Экологиялық инженерлік дизайн» журналы 2021 жылы ресми түрде жарияланды, бұл журнал алмаз ашық қолжетімділік форматын ұсынады (оқырман үшін тегін, авторлар үшін тегін). Бұл Американдық экологиялық инженерия қоғамының ресми журналы, оның шығарылуына Вермонт университетінің кітапханалары көмектеседі.